本發(fā)明涉及一種膜蒸餾結(jié)晶處理裝置及方法，屬于水溶液濃縮結(jié)晶技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

膜蒸餾技術(shù)是一種高效的膜分離技術(shù)。膜蒸餾過(guò)程是以疏水性膜為分離介質(zhì)，通過(guò)控制溫度，對(duì)熱側(cè)溶液進(jìn)行加熱升溫，使溶液中的水揮發(fā)成水蒸氣并進(jìn)入膜孔，水蒸氣在膜兩側(cè)蒸氣壓差的推動(dòng)下穿過(guò)膜孔到達(dá)膜的另一側(cè)，然后經(jīng)過(guò)一定的冷卻方式重新冷凝為液態(tài)水。由于膜的疏水性，溶液中的液態(tài)水和其他水溶性物質(zhì)被截留，從而實(shí)現(xiàn)熱側(cè)溶液的濃縮過(guò)程。采用膜蒸餾濃縮除鹽時(shí)，對(duì)絕大多數(shù)鹽類(lèi)和其他非揮發(fā)性物質(zhì)都有接近100％截留效率，而且膜蒸餾操作條件溫和，不需要將溶液加熱至沸騰。此外，與反滲透相比，溶液中含鹽量的變化對(duì)膜通量影響較小，膜蒸餾可以在極高含鹽量時(shí)正常運(yùn)行(含鹽量可大于25％)，而且膜蒸餾可以在常壓下運(yùn)行，不需要高壓條件。由于膜蒸餾的分離特性及其固有優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)在廢水處理、海水淡化、化工分離、果汁濃縮等方面具有廣泛的研究應(yīng)用。

由于膜蒸餾技術(shù)濃縮處理含鹽水溶液時(shí)，產(chǎn)水通量不受滲透壓影響，因此，理論上膜蒸餾工藝可以將溶液中的含鹽量濃縮至過(guò)飽和狀態(tài)，因此可以將膜蒸餾與蒸發(fā)結(jié)晶工藝聯(lián)合起來(lái)，形成膜蒸餾結(jié)晶組合工藝。一般在膜蒸餾結(jié)晶工藝中，首先通過(guò)膜蒸餾系統(tǒng)將溶液濃縮至過(guò)飽和狀態(tài)，然后將過(guò)飽和溶液排出膜蒸餾系統(tǒng)，在膜蒸餾系統(tǒng)外的反應(yīng)池內(nèi)進(jìn)行結(jié)晶析出反應(yīng)。這種方法必須要把原溶液濃縮至過(guò)飽和狀態(tài)，因此在膜蒸餾系統(tǒng)內(nèi)溶解鹽容易提前析出晶體并引起膜污染，加大了控制難度和運(yùn)行成本。

因此，為了避免膜污染，降低運(yùn)行成本，需開(kāi)發(fā)出新型一體化膜蒸餾結(jié)晶處理裝置及方法，有利于提高膜蒸餾結(jié)晶技術(shù)的實(shí)用性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種膜蒸餾結(jié)晶處理裝置及方法。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種膜蒸餾結(jié)晶處理裝置，包括：

加熱裝置A，用于加熱原水；

結(jié)晶池，所述結(jié)晶池的進(jìn)水口與所述加熱裝置A的出水口連接，所述結(jié)晶池內(nèi)分別設(shè)有加熱裝置B、攪拌裝置和膜組件，其中，所述加熱裝置B和攪拌裝置分別位于所述結(jié)晶池的底部，所述膜組件位于所述加熱裝置B和攪拌裝置的上方；

產(chǎn)水池，所述膜組件的頂端通過(guò)冷凝器連接所述產(chǎn)水池；

沉淀池，所述結(jié)晶池的底部出水口連接所述沉淀池的進(jìn)水口；所述沉淀池底部排放口連接結(jié)晶鹽收集池；所述沉淀池頂部的上清液出水口與所述加熱裝置A的進(jìn)水管道連接。

進(jìn)一步的，所述膜蒸餾結(jié)晶處理裝置還包括預(yù)處理裝置，所述加熱裝置A的進(jìn)水口與所述預(yù)處理裝置的出水口連接。

進(jìn)一步的，所述預(yù)處理裝置為過(guò)濾器、沉淀池、氧化池、脫氣池或消毒池的一種或幾種，為滿(mǎn)足后續(xù)蒸餾濃縮結(jié)晶處理，所述預(yù)處理裝置可完成去除懸浮物、重金屬和有機(jī)物，也可完成分鹽或預(yù)濃縮的一種或幾種處理工藝。

進(jìn)一步的，所述加熱裝置A為余熱換熱器、電加熱器或蒸汽加熱器。

優(yōu)選的，所述加熱裝置A為余熱換熱器，所述余熱換熱器所使用余熱為熱煙氣或熱水的熱量。

進(jìn)一步的，所述膜組件浸沒(méi)在所述結(jié)晶池的液面下。

進(jìn)一步的，所述膜組件為中空纖維式膜組件。

進(jìn)一步的，所述膜組件為平板式膜組件。

進(jìn)一步的，所述膜蒸餾結(jié)晶處理裝置還包括自動(dòng)控制裝置，其用于控制所述結(jié)晶池內(nèi)溶液的進(jìn)水流速，以使得結(jié)晶池內(nèi)的溶液不溢出，同時(shí)膜組件處于浸沒(méi)狀態(tài)。

進(jìn)一步的，所述加熱裝置B連接溫度控制裝置。

一種所述的膜蒸餾結(jié)晶處理裝置進(jìn)行膜蒸餾結(jié)晶處理方法，包括以下步驟：

步驟1，原水進(jìn)入預(yù)處理裝置，經(jīng)過(guò)預(yù)處理后進(jìn)入加熱裝置A；

步驟2，經(jīng)所述加熱裝置A加熱后的液體由結(jié)晶池的頂端的進(jìn)水口進(jìn)入結(jié)晶池內(nèi)，開(kāi)啟加熱裝置B、攪拌裝置和膜組件，使得結(jié)晶池內(nèi)的液體恒溫，通過(guò)所述膜組件蒸餾產(chǎn)水，所述膜組件頂部產(chǎn)生的水蒸氣經(jīng)所述冷凝器冷凝后進(jìn)入產(chǎn)水池；

步驟3，所述結(jié)晶池內(nèi)的溶液不斷濃縮，當(dāng)所述結(jié)晶池內(nèi)的溶液濃縮至飽和時(shí)，向所述結(jié)晶池內(nèi)投加所述溶液中溶解鹽的相應(yīng)晶種，溶液繼續(xù)濃縮，溶液中過(guò)飽和的溶解鹽逐漸析出，晶種體積不斷長(zhǎng)大為結(jié)晶鹽，所述結(jié)晶池內(nèi)得到混合液；

步驟4，當(dāng)所述結(jié)晶池內(nèi)結(jié)晶鹽質(zhì)量濃度增加至2％～10％，所述混合液由結(jié)晶池底部出水口排放至所述沉淀池；

步驟5，進(jìn)入所述沉淀池內(nèi)的混合液中析出的結(jié)晶鹽在重力作用下沉淀并排入結(jié)晶鹽收集池，所述沉淀池內(nèi)上清液回流到所述加熱裝置A前重新加熱，再進(jìn)行膜蒸餾結(jié)晶處理。

進(jìn)一步的，所述膜組件的運(yùn)行方式為抽真空式、直接接觸式、空氣隙式或氣掃式膜蒸餾運(yùn)行方式。

優(yōu)選的，所述膜組件運(yùn)行方式為抽真空式膜蒸餾運(yùn)行方式。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明中原水首先經(jīng)過(guò)預(yù)處理裝置，預(yù)處理裝置出水經(jīng)過(guò)加熱后進(jìn)入結(jié)晶池，在結(jié)晶池內(nèi)，膜組件浸沒(méi)在水溶液中，同時(shí)結(jié)晶池內(nèi)設(shè)有攪拌裝置，運(yùn)行時(shí)結(jié)晶池內(nèi)水溶液不斷被濃縮，當(dāng)水溶液被濃縮達(dá)到過(guò)飽和時(shí)，向結(jié)晶池中投加相應(yīng)晶種，然后過(guò)飽和的溶液中溶解鹽不斷被析出。結(jié)晶池排放混合液進(jìn)入沉淀池，在沉淀池內(nèi)得到結(jié)晶鹽沉淀，沉淀池上清液回流到加熱器前與原水混合，升溫后重復(fù)膜蒸餾結(jié)晶處理。本發(fā)明所述膜蒸餾結(jié)晶處理裝置，采用蒸餾濃縮與結(jié)晶一體化處理裝置，可有效避免結(jié)晶池中出現(xiàn)過(guò)飽和狀態(tài)，有利于防止膜污染和降低運(yùn)行成本，同時(shí)避免分體式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以減少占地面積，便于操作運(yùn)行。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所述膜蒸餾結(jié)晶處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1-預(yù)處理裝置，2-加熱裝置A，3-結(jié)晶池，4-膜組件，5-冷凝器，6-產(chǎn)水池，7-加熱裝置B，8-攪拌裝置，9-沉淀池，10-結(jié)晶鹽收集池。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

一種膜蒸餾結(jié)晶處理裝置，如圖1所示，包括：

預(yù)處理裝置1，所述預(yù)處理裝置1可為過(guò)濾器、沉淀池、氧化池、脫氣池或消毒池的一種或幾種。

加熱裝置A2，用于加熱原水，所述加熱裝置A2的進(jìn)水口與所述預(yù)處理裝置1的出水口連接；所述加熱裝置A2為余熱換熱器、電加熱器或蒸汽加熱器，優(yōu)選為余熱換熱器，所述余熱換熱器所使用余熱為熱煙氣或熱水的熱量。

結(jié)晶池3，所述結(jié)晶池3的進(jìn)水口與所述加熱裝置A2的出水口連接，所述結(jié)晶池3內(nèi)分別設(shè)有加熱裝置B7、攪拌裝置8和膜組件4，其中，所述加熱裝置B7和攪拌裝置8分別位于所述結(jié)晶池3的底部，所述膜組件4位于所述加熱裝置B7和攪拌裝置8的上方；所述膜組件4采用浸沒(méi)式運(yùn)行方式，其浸沒(méi)在所述結(jié)晶池3的液面下。所述膜組件4為中空纖維式膜組件或平板式膜組件。

產(chǎn)水池6，所述膜組件4的頂端通過(guò)冷凝器5連接所述產(chǎn)水池6；

沉淀池9，所述結(jié)晶池3的底部出水口連接所述沉淀池9的進(jìn)水口；所述沉淀池9底部排放口連接結(jié)晶鹽收集池10；所述沉淀池9頂部的上清液出水口與所述加熱裝置A2的進(jìn)水管道連接。

所述膜蒸餾結(jié)晶處理裝置還包括自動(dòng)控制裝置，其用于控制所述結(jié)晶池3內(nèi)溶液的進(jìn)水流速，以使得結(jié)晶池3內(nèi)的溶液不溢出，同時(shí)膜組件處于浸沒(méi)狀態(tài)。所述加熱裝置B7連接溫度控制裝置。

一種利用所述的膜蒸餾結(jié)晶處理裝置進(jìn)行膜蒸餾結(jié)晶處理方法，包括以下步驟：

步驟1，原水進(jìn)入預(yù)處理裝置1，經(jīng)過(guò)預(yù)處理后進(jìn)入加熱裝置A2；

步驟2，經(jīng)所述加熱裝置A2加熱后的液體由結(jié)晶池3的頂端的進(jìn)水口進(jìn)入結(jié)晶池3內(nèi)，開(kāi)啟加熱裝置B7、攪拌裝置8和膜組件4，使得結(jié)晶池3內(nèi)的液體恒溫，通過(guò)所述膜組件4蒸餾產(chǎn)水，所述膜組件4頂部產(chǎn)生的水蒸氣經(jīng)所述冷凝器5冷凝后進(jìn)入產(chǎn)水池6；

步驟3，所述結(jié)晶池3內(nèi)的溶液不斷濃縮，當(dāng)所述結(jié)晶池3內(nèi)的溶液濃縮至飽和時(shí)，向所述結(jié)晶池3內(nèi)投加所述溶液中溶解鹽的相應(yīng)晶種，溶液繼續(xù)濃縮，溶液中過(guò)飽和的溶解鹽逐漸析出，晶種體積不斷長(zhǎng)大為結(jié)晶鹽，所述結(jié)晶池3內(nèi)得到混合液；

步驟4，當(dāng)所述結(jié)晶池3內(nèi)結(jié)晶鹽質(zhì)量濃度增加至2％～10％，所述混合液由結(jié)晶池3底部出水口排放至所述沉淀池9；

步驟5，進(jìn)入所述沉淀池9內(nèi)的混合液中析出的結(jié)晶鹽在重力作用下沉淀并排入結(jié)晶鹽收集池10，所述沉淀池9內(nèi)上清液回流到所述加熱裝置A2前重新加熱，再進(jìn)行膜蒸餾結(jié)晶處理。

所述膜組件4的運(yùn)行方式為抽真空式、直接接觸式、空氣隙式或氣掃式膜蒸餾運(yùn)行方式，優(yōu)選為抽真空式膜蒸餾運(yùn)行方式。

實(shí)施例1

以分析純碳酸氫鈉為原料試劑，以純凈水為溶劑，配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％的碳酸氫鈉水溶液即原水10L。由于所述水溶液中不含懸浮物、有機(jī)物等雜質(zhì)，因此本實(shí)施例中未設(shè)置預(yù)處理裝置。實(shí)施例中采用的膜蒸餾工藝為真空膜蒸餾工藝，即膜組件運(yùn)行方式為抽真空式膜蒸餾運(yùn)行方式。

原水經(jīng)過(guò)加熱裝置A加熱至60℃，然后由結(jié)晶池的頂端進(jìn)入結(jié)晶池中，當(dāng)水溶液將膜組件浸沒(méi)后，打開(kāi)膜組件和攪拌裝置，通過(guò)膜組件的運(yùn)行，結(jié)晶池內(nèi)的碳酸氫鈉水溶液不斷被濃縮，膜組件產(chǎn)生的水蒸氣通過(guò)冷凝器冷凝后進(jìn)行收集，同時(shí)通過(guò)自動(dòng)控制裝置，控制結(jié)晶池內(nèi)原水的進(jìn)水流速，保證結(jié)晶池內(nèi)的水溶液不會(huì)溢出，同時(shí)保證膜組件處于浸沒(méi)狀態(tài)。此外，通過(guò)溫度控制裝置控制結(jié)晶池內(nèi)加熱裝置B，使結(jié)晶池內(nèi)溫度保持在60±0.5℃。

當(dāng)結(jié)晶池內(nèi)碳酸氫鈉水溶液濃縮至接近飽和時(shí)(碳酸氫鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)約14％)，向池內(nèi)投加碳酸氫鈉晶種，使晶種質(zhì)量濃度達(dá)到2％，繼續(xù)濃縮溶液，使溶液中過(guò)飽和的碳酸氫鈉逐漸析出，晶種體積不斷長(zhǎng)大為結(jié)晶鹽，結(jié)晶池內(nèi)得到混合液。隨著結(jié)晶池內(nèi)水溶液不斷濃縮，結(jié)晶池內(nèi)結(jié)晶鹽質(zhì)量濃度增加至4％時(shí)，由結(jié)晶池的底部排放部分混合液至沉淀池。在沉淀池中，結(jié)晶鹽顆粒在重力作用下沉淀并排入結(jié)晶鹽收集池，上清液回流到加熱裝置A前重新加熱，進(jìn)行下一個(gè)膜蒸餾濃縮結(jié)晶處理過(guò)程，直至原水完全蒸發(fā)結(jié)晶，產(chǎn)生蒸餾水和結(jié)晶鹽。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。